基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi7.3软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉(BF-BOF)长流程进行生命周期评价(LCA),对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10~(-11)和9.31×10~(-11),短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO_2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO_2、NO_x以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。     

基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

摘要：随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi73软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉（BF-BOF）长流程进行生命周期评价（LCA）,对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10-11和9.31×10-11,短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO2、NOx以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。     

我国氢冶金发展现状及未来趋势

高炉富氢冶炼和富氢气基竖炉是我国氢冶金发展的两大主要方向。高炉富氢冶炼以喷吹焦炉煤气最为典型,与未喷吹焦炉煤气相比,喷吹50 m~3/t HM焦炉煤气,炉料还原速度加快,焦比降低14.43%,碳排放减少8.61%。年产1万t DRI煤制气-气基竖炉直接还原中试基地正在建设,该流程吨钢总能耗为263.67 kgce,吨钢CO_2排放量为829.89 kg,优于传统高炉-转炉流程。综合考虑目前制氢和储氢装备与技术尚待完善、氢气还原吸热降低炉温、氢气比重低、制氢成本高等,我国原燃料条件下更适宜发展富氢气基竖炉,大规模产业化经济制氢与储氢将推动全氢竖炉的进一步发展。     

非高炉炼铁现状及中国钢铁工艺发展方向

概述了我国炼铁工艺现状以及非高炉炼铁工艺最新进展,结合我国国情以及发达国家钢铁工业发展经验,提出我国钢铁工业的发展方向应为DRI(废钢)-电炉短流程。相比传统高炉-转炉流程,DRI-电炉短流程可实现节能50%、减少污染物排放量70%以上。同时,基于煤制气工艺的合理选择与评价,对天然气竖炉和煤制气-竖炉的技术经济性进行了对比分析,发现煤气成本(设备折旧15年)约为0.5元/m~3时,流化床法煤制气-气基竖炉即可与天然气成本2元/m~3的天然气竖炉竞争。在对我国非高炉炼铁现状的研究基础上,简要叙述了东北大学煤制气-气基竖炉中试工程相关进展。     

中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO₂排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。     

氢基竖炉直接还原技术研究现状及展望

概述了国内外氢基竖炉直接还原工艺的发展现状,总结分析了在我国资源及能源条件下气基竖炉直接还原技术发展需要解决的关键问题,包含氢基竖炉专用氧化球团制备技术、氢基竖炉高效直接还原技术、绿色高效制氢技术。基于钢铁生产全流程考虑矿粉磨选工艺的投入,生产全铁品位高于65%,S、P含量低的纯铁精粉球团,可解决我国直接还原铁优质原料缺少的技术难题;或在氢基竖炉炉料中加入块矿、高炉用球团矿,是直接还原技术发展的方向;在高温还原气制备过程中,积碳导致堵塞设备、管道和阀门等风险,需密切关注;绿色高效制氢技术中,风电制氢技术(PEM)成本将会大幅下降,具有明显市场竞争优势。大幅度降低绿氢的制备成本,将是未来气基竖炉直接还原技术发展的主要推动力,利用过剩的焦炉煤气、石化行业副产氢气资源和局部地区相对丰富的天然气资源生产直接还原铁,为实现气基竖炉向全氢还原过渡提供重要支撑。     

低碳炼铁技术研究现状及展望

简述了国内外高炉低碳冶炼的最新进展,结合我国国情以及发达国家钢铁工业发展经验,提出我国钢铁工业的发展方向之一应为焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼的新工艺.相较传统铁前-转炉长流程工艺,焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼流程可实现CO2减排56.7％.     

钢铁行业碳减排技术应用与展望

论述了中国钢铁行业推行碳减排技术的重要意义,从多角度阐述了钢铁行业各类高效碳减排技术在国内外的应用情况及效果.首先分析了短流程炼钢工艺电弧炉炉容大型化趋势、烟气余热回收技术、废钢预热工艺和废钢供应情况;然后分别剖析了高炉富氢冶炼、富氢-气基竖炉和纯氢-气基竖炉工艺3个主要的氢冶炼工艺;之后介绍了碳捕集、利用与封存技术....     

用甲醇生产直接还原铁的可行性探讨

钢铁工业的调整离不开电炉炼钢的发展,而直接还原铁又是电炉炼钢发展的关键,气基竖炉生产直接还原铁在中国是短板,缺乏煤制气-竖炉技术和天然气资源。提出了一项新的还原工艺"一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺",阐述了甲醇在新工艺中所体现的优点,并从使用国内煤制甲醇和进口甲醇两方面分析了甲醇作为还原剂的可行性。分析认为,从未来的发展趋势看,用甲醇生产直接还原铁的新工艺具有环保、节能、流程短等明显优势,不需要煤制气-竖炉复杂的衔接工艺,解决了还原剂的来源问题,是值得推广和发展的新思路。     

氢基竖炉条件下制备不同金属化率球团研究

随着钢铁行业碳减排压力的增大,氢冶金技术的应用可有效降低碳排放,其中氢冶金气基竖炉生产工艺受到了国内外的广泛关注。气基竖炉生产的高金属化率DRI可进入电炉生产优质钢材,同时也可生产出50%金属化率的球团作高炉炼铁原料。本文基于典型的氢冶金气氛及温度条件,综合考虑其还原行为,研究了生产不同金属化率球团的适宜工艺参数。结果表明：随着温度升高及还原气中氢气配比的增加,还原速率明显升高,还原后强度降低,还原膨胀指数升高;纯氢与富氢气氛(建议采用HYL气氛)下,在还原温度为1 000℃时,适宜生产92%金属化率DRI;纯氢气氛在还原温度为950℃与富氢气氛(建议采用HYL气氛)在还原温度为1 000℃条件下,适宜制备50%金属化率球团。     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

"碳达峰"和"碳中和"是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题.从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现"碳中和"需要解决的关键技术问题.分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现"碳中和"的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现...     

氢气竖炉内气固热质传递行为的数值模拟

随着对钢铁行业绿色低碳发展要求的日益迫切,氢气竖炉已成为目前涉及氢冶金工艺的研发焦点.由于H2还原铁氧化物为强吸热反应,氢气竖炉的供气强度主要由还原反应和加热固相炉料对应的物理能需求决定,因此造成炉内物理能与化学能的利用严重不匹配.为定量研究氢气竖炉内复杂的气固两相热质传递行为,基于双流体假设,建立氢气竖炉CFD模型,...     

中国重点区域钢铁产业能耗和CO2排放趋势分析

钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO₂排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO₂排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO₂减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

氢冶金竖炉还原域的数值模拟分析

钢铁工业是中国国民经济发展的重要基础产业,在中国"碳达峰、碳中和"的背景下,低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力.环境意识的日益提高迫切需要开发创新技术,氢冶金在炼铁环节利用清洁和可再生能源,是全世界公认的最清洁环保的冶金技术.H2的利用可以减少炼铁过程产生的温室气体,从源头上减少碳还原剂带入的排放.氢冶金竖炉的数值模拟是...     

Emission Mitigation of CO2 in Steel Industry: Current Status and Future Scenarios

The sustainable development against global warming is a challenge faced by societies at global level. For steel industry, the pressure of reducing CO₂ emission is likely to last many years. During the past decades, the CO₂ emission per ton steel has been reduced mainly due to the improvement of energy efficiency. Entering the 21st century, the steel manufacturing route must have three functions, namely, production of high performance steel products, conversion of energy, and treatment of waste. In the near future, it is expected that existing BF-BOF and EAF routes will be improved, in order to produce high performance steels, increase the use of scrap, and integrate steel industry with other industries for mitigating CO₂ emission. In the long term, using carbon-free energy, reducing agents, and storing CO₂ securely or converting CO₂ into a harmless substance can be presumed for tremendous reduction in CO₂ emission.     

铁矿煤球团内生还原气生产DRI工艺及估算

在高炉热风炉中用高炉煤气、垃圾制燃气、低热值煤气加热循环还原气,或用红焦、热DRI(直接还原铁)等热量加热循环还原气至1100℃,输入还原竖炉加热铁矿煤球团,生产DRI,从炉顶气中回收硫和CO₂,炉顶气净化后作为还原气循环使用.球团内煤干馏形成的半焦、焦炭起到了与高炉内焦炭不同的骨架作用.利用还原反应后气体余热来预热和干馏球团,利用铁精矿粉和煤粉的高比表面积,利用煤的干馏气化促进低温下碳的一次气化反应和直接还原反应,使DRI煤耗进一步降低.设炉顶气温度降到150℃,配煤218kg,高炉煤气消耗约947m³时,工艺能耗约333kg/t煤.比高炉工艺节能约52%,减排CO₂约83%.比MIDREX节能约84kg标准煤.该工艺简称为DRI-NHQ.     

高炉使用铁焦的㶲分析

 中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO₂减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著降低热储备区温度、降低碳消耗,高炉使用适量的铁焦可实现一定程度的节能降碳。基于现场生产数据,采用㶲分析理论,建立高炉使用铁焦的㶲平衡模型,探索铁焦添加量对高炉物料消耗及能量利用效率的影响。结果表明,高炉使用铁焦后,炉内间接还原得到发展,碳利用率提高,炉内灰分量降低,冶炼单位生铁的碳素消耗和炉渣量均会降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg铁焦后,吨铁碳素消耗降低25.95 kg,渣量降低11.28 kg。此外,铁焦内部的金属铁仅需熔化,节省还原所需的㶲量,焦炭和鼓风带入㶲会显著降低,因此高炉冶炼吨铁消耗的总㶲量降低,同时,炉内传热也得到改善,内部㶲损失有效降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg/t铁焦后,目的㶲效率由46.14%提高至48.87%,热力学完善度由87.46%提高到88.02%。在此条件下,高炉吨铁的内部㶲损失降低192.63 MJ,实现节能6.57 kg(标煤)。